織物芳香、抗菌整理桉葉精油微膠囊制備工藝研究

張婉清，繆宏超

（紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，浙江 紹興 312000）

微膠囊是一種人工合成的包絡(luò)物，它由具有一定強度和韌性的碳水化合物、蛋白質(zhì)或脂類物質(zhì)作為壁材，加上另一種與它可配伍、卻不發(fā)生反應(yīng)的芯材所組成[1]。微膠囊技術(shù)能夠有效地阻隔芯材與外界的接觸，減少揮發(fā)，掩蓋不良?xì)馕?，還能改變物料的狀態(tài)、質(zhì)量、體積和性能，保護(hù)敏感成分，增強穩(wěn)定性，在紡織品芳香、抗菌整理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

β-CD 是一種環(huán)狀低聚糖，是微膠囊的優(yōu)良壁材，能夠使被包絡(luò)物質(zhì)的性質(zhì)變化，補償客體物質(zhì)在光、熱等多方面的缺陷，使難溶性物質(zhì)易于溶解并且更加穩(wěn)定，還能包裹住客體物質(zhì)氣味，且其生物兼容性好，無毒副作用，不會引起免疫反應(yīng)，生產(chǎn)成本低[2]。桉葉精油提取自桉樹嫩枝或葉片的油腺細(xì)胞，其主要化學(xué)成分為小分子的萜類物質(zhì)，且多為極性較弱或無極性小分子物質(zhì)[3]，具有芳香氣味、廣泛的生物活性及廣譜的抗菌能力，對細(xì)菌、真菌、昆蟲、線蟲和螨蟲均有不同程度的抑制作用[4]，在紡織品整理領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。本研究以β-CD 為壁材、桉葉精油為芯材制備了用于紡織品芳香及抗菌整理的桉葉精油微膠囊，對微膠囊的制備工藝進(jìn)行分析，以期獲得桉葉精油微膠囊的最佳制備條件，指導(dǎo)微膠囊的開發(fā)及生產(chǎn)。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

無水乙醇（國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)）、β-環(huán)糊精（上海展云化工有限公司產(chǎn)）、桉葉油醇（純度99%）（阿拉?。?/p>

1.2 設(shè)備與儀器

HJ-4A 型數(shù)顯恒溫多頭磁力攪拌器（金壇區(qū)西城新瑞儀器廠產(chǎn)）、SHB-ⅢA 型循環(huán)水式多用真空泵（浙江臺州求精真空泵有限公司產(chǎn)）、KQ-500 型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)）、ALPHA 1-2 LD plus 型冷凍干燥機（德國CHRIST ALPHA 公司產(chǎn)）、HH-2 型數(shù)顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司產(chǎn)）、HD2010W型電動數(shù)顯攪拌機（上海司樂儀器有限公司產(chǎn)）。

1.3 試樣制備

稱取一定量的β-CD，將其加入70℃的去離子水中，攪拌得到β-CD 過飽和溶液。桉葉精油溶于乙醇溶液中，配制成桉葉精油乙醇溶液，然后逐滴滴入β-CD的飽和溶液中，在一定溫度下包埋一段時間后進(jìn)行抽濾，用無水乙醇清洗濾渣表面，冷凍干燥至恒重，取出研磨后，得到桉葉精油微膠囊。采用控制變量法，改變實驗條件制備桉葉精油微膠囊，確定正確制備微膠囊的工藝。

1.4 測試與表征

1.4.1 桉葉精油微膠囊的包埋率測試

包埋率為包絡(luò)進(jìn)β-CD 的精油與制備時實際加進(jìn)飽和溶液中的精油的質(zhì)量之比，它是評價微膠囊包埋效果的重要指標(biāo)，包埋率越大，包埋效果越好[5]。本研究采用干燥失重法測定微膠囊的包埋率。

包埋率計算如式（1）。其中：M桉葉油為精油質(zhì)量；M微膠囊為微膠囊重量；M濾渣為4.000g 桉葉精油微膠囊樣品加入30mL 無水乙醇，在超聲波清洗機中與80℃超聲震蕩40min，真空抽濾干燥至恒重得到的產(chǎn)物。

1.4.2 桉葉精油微膠囊制備工藝單因素試驗

采用單因素試驗研究包埋溫度（30℃、40℃、50℃、60℃）、包埋時間（1.0h、1.5h、2.0h、2.5h）和β-CD 質(zhì)量濃度（7.5g/mL、8.0g/mL、8.5g/mL、9.0 g/mL）等因素對桉葉精油-β-CD 微膠囊包埋率的影響。

1.4.3 桉葉精油微膠囊制備正交試驗

為了對比不同包埋時間、包埋溫度和β-CD 濃度所制備的微膠囊包埋率，本實驗選擇L9(34)正交表，以包埋溫度（A）、包埋時間（B）和β-CD 質(zhì)量濃度（C）為考慮因素，每一因素取3 個水平設(shè)計正交試驗，如表1所示。對最終所得的正交實驗表內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選出最佳工藝條件。

表1 微膠囊正交試驗因素水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗試驗

2.1.1 包埋溫度對桉葉精油微膠囊包埋率的影響

包埋溫度對微膠囊包埋率的影響如圖1，由圖1可知，包埋率隨包埋溫度呈先上升后下降的趨勢，這是因為制備微膠囊時，隨著包埋溫度升高，β-CD 溶解度提高，水中的β-環(huán)糊精固體物質(zhì)減少，因此桉葉精油分子在溶液中運動阻力減小，使得其在滴入飽和溶液后能夠更快、更自由地運動，由此增大精油進(jìn)入β-CD 腔體的機會，使包埋率增大。但由于桉葉精油在溫度過高時會產(chǎn)生部分精油揮發(fā)的現(xiàn)象，因此包埋溫度過高不利于β-CD 包埋精油，導(dǎo)致包埋率降低。因此，桉葉精油微膠囊較合適的包埋溫度為40℃。

圖1 包埋溫度對桉葉精油微膠囊包埋率的影響

2.1.2 包埋時間對桉葉精油微膠囊包埋率的影響

圖2 為包埋時間對桉葉精油微膠囊包埋率的影響。由圖2 可知，包埋率隨包埋時間的增加呈先增加后減少的趨勢，這是因為想獲得包埋率較高的桉葉精油微膠囊，精油與β-CD 必須有一定的接觸時間，因此包埋時間不能過短。若精油與β-CD 接觸時間較短，不能進(jìn)行充分接觸，直接降低桉葉精油進(jìn)入β-CD 腔體的概率，出現(xiàn)包埋不徹底的情況。但當(dāng)包埋時間達(dá)到一定值后，包埋率不但未繼續(xù)上升，反而出現(xiàn)下降。這是因為：首先，β-CD 空腔的體積有限，當(dāng)包埋率達(dá)到一定值后，桉葉精油無法繼續(xù)進(jìn)入；其次，桉葉精油有一定的揮發(fā)性，包埋時間過長會增加其揮發(fā)量，同時也會破壞β-CD 與精油之間的連結(jié)，反而降低包埋率。因此從正交實驗得出，包埋時間控制在2h 左右效果較為穩(wěn)定，獲得的桉葉精油微膠囊包埋率較高。

圖2 包埋時間對桉葉精油微膠囊包埋率的影響

2.1.3 β-CD 濃度對桉葉精油微膠囊包埋率的影響

增大β-CD 質(zhì)量濃度，實質(zhì)上就是增大桉葉精油和β-CD 之間的壁芯比，圖3 為增大β-CD 濃度后對微膠囊包埋率的影響，從圖3 中可以得出，隨著β-CD濃度增大，包埋率先增大后減小。分析可知，當(dāng)β-CD質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.0g/mL 時，包埋率的平均值最大；當(dāng)β-CD 質(zhì)量濃度繼續(xù)增大，包埋率降低，主要原因是β-CD量增加，導(dǎo)致壁材大量增加，空腔不能被有效利用，因此包埋率降低；而當(dāng)β-CD 質(zhì)量濃度過低時，桉葉精油的量占比上升，無法被有效包埋，使包埋率下降。

圖3 β-CD 濃度對桉葉精油微膠囊包埋率的影響

2.2 微膠囊包埋率正交試驗分析

為了獲得微膠囊制備的最佳工藝條件，選擇L9(34)正交試驗進(jìn)行分析。以包埋溫度（A）、包埋時間（B）和β-CD 質(zhì)量濃度（C）為考慮因素，每個因素選擇3 個水平設(shè)計正交試驗。實驗結(jié)果和極差分析見表2，表中Ki是這一列里第i 個因素水平的包埋率平均值，R 是由這一列最大的Ki 減去最小的Ki 而得。

從表2 可以分析得出，本次正交試驗所選擇的因素中，包埋率受包埋溫度的影響最大，影響第二的為包埋時間，影響最小的是β-CD 質(zhì)量濃度。以包埋率為指標(biāo)，比較每列因素的包埋率平均值大小，可選出的最優(yōu)組合為A2B3C2。對該工藝條件進(jìn)行進(jìn)一步的驗證，得到最佳工藝條件即加入質(zhì)量濃度為8.0g/mL 的β-CD，在40℃下包埋2.0h 后制得的桉葉精油微膠囊包埋率最高。對此工藝條件進(jìn)行包埋率測試，重復(fù)試驗3 次，計算平均率，得到桉葉精油微膠囊包埋率為72.68%。

表2 正交試驗設(shè)計與結(jié)果

3 結(jié)語

以β-CD 為芯材、桉葉精油為壁材可制備出應(yīng)用于織物整理的桉葉精油微膠囊。對微膠囊制備過程中的包埋時間、包埋溫度和β-CD 的質(zhì)量濃度進(jìn)行單因素及正交試驗分析，確定了微膠囊制備條件影響因素的排序，獲得最佳的制備條件，并通過測試制備獲得了微膠囊的包埋率。制備得到的桉葉精油微膠囊可以在芳香、抗菌等材料上發(fā)揮重要作用，具有一定的經(jīng)濟及應(yīng)用價值。